본 논문에서는 생분해 배수재를 이용한 오염토양 정화기술의 현장적용성을 평가하기 위하여 생분해 배수재의 물리적 특성시험을 수행하였으며, 이를 이용한 현장실험을 통하여 중금속 오염토양의 정화효율을 분석하였다. 두 종류(실린더 코어형, 하모니카형)의 생분해 배수재에 대한 시험결과, 실린더 코어형 배수재의 경우, 한국산업규격 표준시방에서 제시하는 기준치를 모두 만족하였으며, 하모니카형 생분해성 배수재는 실린더 코어형 배수재에 비해 배수성능이 상당히 낮은 결과를 나타내었다. 또한 오염토양 복원시 사용한 세정제로는 자체독성이 적어 생태계에 미치는 영향을 최소화하며, 생물학적 재순환시스템과의 최적인 조건을 지니고 있는 시트르산(ctric acid)을 선정하여 중금속 중 Cd, Cu, Pb을 현장실험 대상 오염물질로 선정 후 실험을 수행하였다. 현장실험은 3가지 설치조건을 고려하여 정화효율을 분석하였으며, 반응물질이 도포된 생분해 배수재를 이용하여 세척제를 주입 추출을 동시에 수행한 경우가 복원효율이 가장 높은 것으로 평가되었다.
본 논문에서는 생분해 배수재를 이용한 오염토양 정화기술의 현장적용성을 평가하기 위하여 생분해 배수재의 물리적 특성시험을 수행하였으며, 이를 이용한 현장실험을 통하여 중금속 오염토양의 정화효율을 분석하였다. 두 종류(실린더 코어형, 하모니카형)의 생분해 배수재에 대한 시험결과, 실린더 코어형 배수재의 경우, 한국산업규격 표준시방에서 제시하는 기준치를 모두 만족하였으며, 하모니카형 생분해성 배수재는 실린더 코어형 배수재에 비해 배수성능이 상당히 낮은 결과를 나타내었다. 또한 오염토양 복원시 사용한 세정제로는 자체독성이 적어 생태계에 미치는 영향을 최소화하며, 생물학적 재순환시스템과의 최적인 조건을 지니고 있는 시트르산(ctric acid)을 선정하여 중금속 중 Cd, Cu, Pb을 현장실험 대상 오염물질로 선정 후 실험을 수행하였다. 현장실험은 3가지 설치조건을 고려하여 정화효율을 분석하였으며, 반응물질이 도포된 생분해 배수재를 이용하여 세척제를 주입 추출을 동시에 수행한 경우가 복원효율이 가장 높은 것으로 평가되었다.
This paper presents the analysis condition of remediation technique of contaminated fine-grained soil and physical properties of bio-degradable drain for analysis site applicability using bio-degradable drain method. As the result, two kinds of developed degradable drains (cylindricality shaped and ...
This paper presents the analysis condition of remediation technique of contaminated fine-grained soil and physical properties of bio-degradable drain for analysis site applicability using bio-degradable drain method. As the result, two kinds of developed degradable drains (cylindricality shaped and harmonica shaped) are satisfied the Korean Industrial Standard. And the cylindricality shaped drain has an excellent discharge capacity than that of another one. By the results of laboratory test, the citric acid is chosen as the washing agent because it has low toxicity, so it is able to minimize harmful influence to environment. Furthermore the subject contaminants were selected as Cd, Cu and Pb. Based on the field pilot test results, the most remedial efficiency is the use of reactive material applied in bio-degradable drain method with the process of injecting the washing agent and extraction of contaminated fluid.
This paper presents the analysis condition of remediation technique of contaminated fine-grained soil and physical properties of bio-degradable drain for analysis site applicability using bio-degradable drain method. As the result, two kinds of developed degradable drains (cylindricality shaped and harmonica shaped) are satisfied the Korean Industrial Standard. And the cylindricality shaped drain has an excellent discharge capacity than that of another one. By the results of laboratory test, the citric acid is chosen as the washing agent because it has low toxicity, so it is able to minimize harmful influence to environment. Furthermore the subject contaminants were selected as Cd, Cu and Pb. Based on the field pilot test results, the most remedial efficiency is the use of reactive material applied in bio-degradable drain method with the process of injecting the washing agent and extraction of contaminated fluid.
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문제 정의
본 연구에 사용된 퇴적토들의 중금속 농도를 살펴보기 위해 국내 토양 오염규제 물질인 중금속 7종(Zn, Pb, Cd, As, Ni, Cu 및 Cr)을 대상으로 토양오염공정시험법에 준하여 전처리를 실시한 후 분석하였다. 또한, 대상 퇴적토 입도별 중금속 농도를 분석하여 유효입경을 알아보고 세척실험 및 영향인자 실험을 통하여 향후 퇴적토 세정에 영향을 미치는 인자들에 대한 평가에 사용하고자 하였다. 토양오염공정시험법은 전함량 측정법으로 오염 퇴적토 3g을 정확하게 취하여 250ml 둥근 플라스크에 넣은 다음 증류수 1ml를 넣어 시료를 적신 후 염산(HCl) 21ml와 질산 (HNO3) 7ml를 첨가하여 상온에서 2시간 동안 정치시켜 유기물을 분해한 후 환류냉각 조건에 도달시켜 적정온도로 가열하는 방법으로 전처리 후, 고액분리를 위하여 Whatman 사의 공극 크기 0.
본 연구에 사용된 퇴적토들의 중금속 농도를 살펴보기 위해 국내 토양 오염규제 물질인 중금속 7종(Zn, Pb, Cd, As, Ni, Cu 및 Cr)을 대상으로 토양오염공정시험법에 준하여 전처리를 실시한 후 분석하였다. 또한, 대상 퇴적토 입도별 중금속 농도를 분석하여 유효입경을 알아보고 세척실험 및 영향인자 실험을 통하여 향후 퇴적토 세정에 영향을 미치는 인자들에 대한 평가에 사용하고자 하였다.
본 연구에서는 생분해 배수재를 이용한 오염토양 복원 기술의 현장적용 기술개발을 위하여 토양오염 복원기술의 현황과 생분해 배수재의 일반특성과 물리적 특성시험을 수행하였다. 또한 실내실험 및 현장실험을 통한 생분해 배수재공법의 성능에 관한 분석을 수행하였으며, 도출된 주요 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 생분해 배수재를 이용한 오염토양 정화 기술의 현장적용성을 평가하기 위하여 생분해배수재의 물리적 특성시험을 수행하였으며, 이를 이용한 3가지 설치 조건에서의 현장실험을 통하여 중금속 오염토양의 정화효율을 분석하였다.
제안 방법
Fig. 6에 나타낸 바와 같이 현장부지 1개 구역의 면적은 가로×세로(5m×5m), 높이는 1.5∼2m로 부지를 조성하였으며, 총 3개의 구역으로 설치 조건을 달리하여 시간에 따른 농도변화를 측정하여 정화 효율을 분석하였다.
본 연구에서는 생분해 배수재를 이용한 오염토양 복원 기술의 현장적용 기술개발을 위하여 토양오염 복원기술의 현황과 생분해 배수재의 일반특성과 물리적 특성시험을 수행하였다. 또한 실내실험 및 현장실험을 통한 생분해 배수재공법의 성능에 관한 분석을 수행하였으며, 도출된 주요 결론은 다음과 같다.
또한, 반응물질의 중금속 흡착효과에 대한 성능 분석을 위해 생분해성 배수재 필터에 제올라이트를 도포하여 실험을 수행하였다. 제올라이트가 도포된 생분해성 배수재의 중금속 추출은 이전의 결과에 비해 약 1.
퇴적토의 pH는 토양오염공정시험법에 따라 pH meter(Thermo Orion 920A+)를 사용하여 측정하였으며, 퇴적토의 유기물함량은 폐기물공정시험법에 의해 결정하였고, 양이온교환용량은 1N 초산암모늄법에 의해 결정하였다. 또한, 오염 퇴적토의 입도분석을 위해 입도 분석용 표준체를 사용하여 체 진동기에서 분별한 후 각 입자별 중량을 측정하였다.
5∼2m로 부지를 조성하였으며, 총 3개의 구역으로 설치 조건을 달리하여 시간에 따른 농도변화를 측정하여 정화 효율을 분석하였다. 설치조건은 세정제 주입과 추출을 동시에 하는 경우, 추출만 하는 경우(생분해 배수재에 반응 물질이 도포된 경우), 추출만 하는 경우(순수 생분해 배수 재만 설치된 경우)로 수행하였다.
세척제로 사용한 유기산으로 생물학적 재순환시스템과의 최적인 조건을 지니고 있는 시트르산을 선정하여 중금속 중 Cd, Cu, Pb을 현장시험의 오염대상 물질로 산정하였다. 이 후 현장 시험을 통하여 3가지 설치조건에 대한 농도 저감효율을 분석한 결과, 시트르산 주입과 추출을 동시에 수행할 경우, 약 3일 후부터 Cd의 농도가 토양오염우려기준 이하로 검출되었으며, Cu에 대한 농도 저감율은 약 8일 후부터, Pb의 경우는 약 8.
코어 및 필터를 구성하는 자연 분해성 수지는 올리고당인 시클로덱스트린 100중량부에 대하여 디카르복실산 60에서 70중량부, 폴리오가노실록산 5에서 15중량부가 포함되고, 이에 더하여 강도를 증가하기 위해 시클로덱스트린 100중량부에 대하여 무기충전제 10에서 20중량부를 더 포함하여 구성하였다. 여기서 무기충전제로는, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크 (Talc)중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어짐이 타당하며, 코어 및 필터를 자연 분해성 수지로 조성함으로써 생분해 배수재가 토양 매립 6개월 후 인장강도의 보유율이 80%를 유지하고 그 역할이 끝난 후 완전히 분해되도록 하였다.
오염토의 일반적인 물리· 화학적 특성을 알아보기 위하여, 퇴적토 시료의 유기물함량, pH 및 양이온 교환용량 실험을 수행하였다.
평가 결과, 생분해성 배수재는 투수성이 낮은 지반에서도 사용될 수 있으며, 토양 정화효율이 우수하면서도 매입된 배수재 등에 의해 부차적인 오염이 발생하지 않아 친환경적인 오염토양 정화처리 기술에 적용할 수 있다. 이에 정화효율을 극대화시키기 위하여 반응물질을 도포한 생분해 배수재는 오염된 지반 내에 타입되며, 자연 분해성 수지로 형성되는 코어 및 필터를 포함하는 생분해 배수재와 이에 더하여 필터의 외주연에 영가철, 제올라이트 및 스코리아를 포함하는 반응물질이 도포되도록 하였다. 즉 생분해 배수재와 연결되어진 진공 펌프의 작동으로 인하여 발생하는 흡입력으로 지중에 매설된 생분해 배수재에 있어 필터의 반응물질에 의해 1차적으로 오염물질을 제거할 수 있을 뿐 아니라 코어를 통해 오염물질을 지상으로 배출 처리함으로써 2차적으로 오염물질을 처리할 수 있게 하는 것이다.
증하기 위하여 상기에서 시료를 채취한 유수지에 현장 시험 부지를 조성하였다. Fig.
코어 및 필터를 구성하는 자연 분해성 수지는 올리고당인 시클로덱스트린 100중량부에 대하여 디카르복실산 60에서 70중량부, 폴리오가노실록산 5에서 15중량부가 포함되고, 이에 더하여 강도를 증가하기 위해 시클로덱스트린 100중량부에 대하여 무기충전제 10에서 20중량부를 더 포함하여 구성하였다. 여기서 무기충전제로는, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크 (Talc)중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어짐이 타당하며, 코어 및 필터를 자연 분해성 수지로 조성함으로써 생분해 배수재가 토양 매립 6개월 후 인장강도의 보유율이 80%를 유지하고 그 역할이 끝난 후 완전히 분해되도록 하였다.
효과적인 중금속 오염정화를 위하여 30mM/L 농도의 시트르산을 1일 간격으로 100L씩 주입하여 중금속 농도의 저감율(C/Co)을 나타내었으며, 토양오염 우려지역기준 농도는 Cd이 12mg/kg, Cu가 500mg/kg, Pb이 400mg/kg으로, 기준농도 이하 복원에 소요된 기간을 표기하였다. 시트르산 주입 및 중금속 추출 시, 약 3일 후부터 Cd의 농도가 토양오염우려기준 이하로 검출되었으며, Cu에 대한 농도 저감율은 약 8일 후부터, Pb의 경우는 약 8.
대상 데이터
67mg/kg으로 토양오염우려기준을 초과하고 있다. 따라서, 현장 실험을 통한 정화효율 평가를 위하여 대상 중금속 오염물질은 Pb, Cd, Cu로 선정하였다.
본 연구에서 실험대상으로 선택한 시료는 인천에 위치한 유수지의 퇴적토로서 인근의 생활하수 및 공단지역의 산업폐기물 등으로 유류 및 중금속에 의한 오염도가 높게 측정되었다. 오염토의 일반적인 물리· 화학적 특성을 알아보기 위하여, 퇴적토 시료의 유기물함량, pH 및 양이온 교환용량 실험을 수행하였다.
이론/모형
분해성 플라스틱 배수재의 폭은 약 95mm이며 두께는 약 3mm정도로 기존 플라스틱배수재와 모양과 형상이 거의 동일한 제품이다. 생분해성 플라스틱 배수재를 구성하고 있는 코어(core)는 플라스틱 일반적인 가공 방법 중 하나인 압출성형법을 이용해 제작한다. 압출성형법은 파우더 또는 펠렛상의 수지를 압력하에서 열과 전단력에 의해 용융시키고 일정형태를 갖는 다이(die)를 통해 밀어내어 필요한 제품을 성형하는 방법이다.
오염토의 일반적인 물리· 화학적 특성을 알아보기 위하여, 퇴적토 시료의 유기물함량, pH 및 양이온 교환용량 실험을 수행하였다. 퇴적토의 pH는 토양오염공정시험법에 따라 pH meter(Thermo Orion 920A+)를 사용하여 측정하였으며, 퇴적토의 유기물함량은 폐기물공정시험법에 의해 결정하였고, 양이온교환용량은 1N 초산암모늄법에 의해 결정하였다. 또한, 오염 퇴적토의 입도분석을 위해 입도 분석용 표준체를 사용하여 체 진동기에서 분별한 후 각 입자별 중량을 측정하였다.
성능/효과
즉, Fig. 3(a)는 실린더 코어형 배수재의 필터 분해성에 대한 열중량 분석 결과로서, 총 분해율은 온도 806.85℃에서 중량비 99.03%이며, 최대 분해효율을 보인 온도는 338.14℃이다. Fig.
Fig. 4(b)는 하모니카형 분해성배수재 코어의 열중량시험 결과로 실린더 코어형 배수재와 달리 PLA성분으로만 이뤄진 하모니카형 분해성 배수재 코어는 99.21%의 총 중량분해율을 가지며, 최대 승온은 807.05℃임을 나타내었다. 코어 역시 유기화합물 외에 약 1%의 기타 성분이 함유되어있으며, 최대 분해효율온도는 363.
, 2005). 5년 경과 까지는 두 종류의 생분해성 플라스틱 중량이 서서히 감소하지만 5년이 지나면서부터 중량은 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 또한 재료에 따라 분해속도에 차이를 보여 인위적으로 생분해 정도를 조절할 수 있음을 확인할 수 있다.
광물성 토양의 양이온 교환 능력은 토양성분들에 따라 0.5∼200meq/100g으로 상당히 다양하게 나타나는데, 본 연구에서 채취한 오염토양의 CEC는 3.1meq/100g∼20.9meq/100g으로 국내 일반토양(10∼30meq/100g)에 비해 낮게 나타났다.
두 종류(실린더 코어형, 하모니카형)의 생분해 배수재의 물성 및 분해성에 대한 시험결과 실린더 코어형 배수재의 경우 한국산업기준에 의거 모두 기준치를 만족시키는 결과를 나타내었으며, 하모니카형 생분해성 배수재는 실린더 코어형 배수재에 비해 배수성능이 상당히 낮은 결과를 보였다.
5년 경과 까지는 두 종류의 생분해성 플라스틱 중량이 서서히 감소하지만 5년이 지나면서부터 중량은 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 또한 재료에 따라 분해속도에 차이를 보여 인위적으로 생분해 정도를 조절할 수 있음을 확인할 수 있다.
효과적인 중금속 오염정화를 위하여 30mM/L 농도의 시트르산을 1일 간격으로 100L씩 주입하여 중금속 농도의 저감율(C/Co)을 나타내었으며, 토양오염 우려지역기준 농도는 Cd이 12mg/kg, Cu가 500mg/kg, Pb이 400mg/kg으로, 기준농도 이하 복원에 소요된 기간을 표기하였다. 시트르산 주입 및 중금속 추출 시, 약 3일 후부터 Cd의 농도가 토양오염우려기준 이하로 검출되었으며, Cu에 대한 농도 저감율은 약 8일 후부터, Pb의 경우는 약 8.5일 후부터 우려기준 이하의 농도를 나타내었다. 즉, 시트르산 주입 이전의 결과에 비해 약 2배가량 빠른 복원이 가능함을 알 수 있으며, 특히 실내실험에 대한 결과와 같이 다른 중금속 보다 Cd에 대한 제거효율이 뛰어남을 나타내었다.
오염토의 pH는 7.0∼8.3으로 중성에서 약 알칼리성을 보였으며, 유기물 함량은 1.76%∼13.15%로 일반적인 토양의 유기물 함량보다 약 2배 정도 높은 값을 나타내었다.
이 후 현장 시험을 통하여 3가지 설치조건에 대한 농도 저감효율을 분석한 결과, 시트르산 주입과 추출을 동시에 수행할 경우, 약 3일 후부터 Cd의 농도가 토양오염우려기준 이하로 검출되었으며, Cu에 대한 농도 저감율은 약 8일 후부터, Pb의 경우는 약 8.5일 후부터 우려기준 이하의 농도를 나타나 시트르산 주입 이전의 결과에 비해 약 2배가량 빠른 정화가 이루어져 반응물질이 도포된 생분해 배수재를 이용하여 세정제를 주입· 추출을 동시에 수행한 현장조건의 정화효율이 가장 높은 것으로 평가되었다.
또한, 반응물질의 중금속 흡착효과에 대한 성능 분석을 위해 생분해성 배수재 필터에 제올라이트를 도포하여 실험을 수행하였다. 제올라이트가 도포된 생분해성 배수재의 중금속 추출은 이전의 결과에 비해 약 1.6배 정도 빠르게 정화효율을 나타내었다. 이는 도포된 제올라이트의 중금속 흡착능에 의한 결과이며, 기존에 보고된 Pb>Cu>Cd 의 순서로 효율을 나타내는 유사한 결과를 보였다(Kam et al.
5일 후부터 우려기준 이하의 농도를 나타내었다. 즉, 시트르산 주입 이전의 결과에 비해 약 2배가량 빠른 복원이 가능함을 알 수 있으며, 특히 실내실험에 대한 결과와 같이 다른 중금속 보다 Cd에 대한 제거효율이 뛰어남을 나타내었다.
평가 결과, 생분해성 배수재는 투수성이 낮은 지반에서도 사용될 수 있으며, 토양 정화효율이 우수하면서도 매입된 배수재 등에 의해 부차적인 오염이 발생하지 않아 친환경적인 오염토양 정화처리 기술에 적용할 수 있다. 이에 정화효율을 극대화시키기 위하여 반응물질을 도포한 생분해 배수재는 오염된 지반 내에 타입되며, 자연 분해성 수지로 형성되는 코어 및 필터를 포함하는 생분해 배수재와 이에 더하여 필터의 외주연에 영가철, 제올라이트 및 스코리아를 포함하는 반응물질이 도포되도록 하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연직배수공법에는 무엇이 있는가?
일반적으로 연약지반 상의 구조물 건설시에는 안전성과 경제성, 시공성 등을 고려하여 적절한 연약지반 개량공법을 선정하는데, 현재 가장 널리 사용되는 공법으로 연약지반의 압밀배수를 촉진시키는 연직배수공법이 국내에서 많이 사용되고 있다. 연직배수공법으로는 샌드드레인공법, 모래다짐말뚝공법, 플라스틱보드드레인 등을 들 수 있다. 천연골재인 모래를 사용하는 샌드드레인공법과 모래 다짐말뚝공법 등은 최근 모래 수급의 어려움과 모래 채취에 따른 자연생태계 파괴문제 등의 문제점이 있어, 품질관리와 시공성 및 경제성이 우수한 플라스틱보드드레인 공법으로 점차 대체되어 가고 있는 실정이다(Shin et al.
오염지역에 사용되는 복원공법 중 현장복원공법으로 많이 사용되고 있는 것에는 무엇이 있는가?
오염지역에 사용되는 복원공법에는 여러 종류가 개발되어 실용화되어 있다. 미생물정화, 진공/공기추출, 토양 세척 공법 등이 오염지역의 현장복원공법으로 많이 사용 되고 있다. 이들 공법은 주로 조립지반에 사용되거나 불포화 지반에 사용되는 것으로서 산업지역, 공장지대가 밀집된 고농도의 중금속 및 유해물질이 함유되어 있는 해안매립 지반에서는 유체의 전송 및 오염물질의 추출에 어려움이 있고, 특히 실트질 모래의 간극은 매우 작기 때문에 세척제 및 탈착제가 토양 속으로 주입되거나 추출되는 데 한계가 있다.
현장복원공법의 문제점은 무엇인가?
미생물정화, 진공/공기추출, 토양 세척 공법 등이 오염지역의 현장복원공법으로 많이 사용 되고 있다. 이들 공법은 주로 조립지반에 사용되거나 불포화 지반에 사용되는 것으로서 산업지역, 공장지대가 밀집된 고농도의 중금속 및 유해물질이 함유되어 있는 해안매립 지반에서는 유체의 전송 및 오염물질의 추출에 어려움이 있고, 특히 실트질 모래의 간극은 매우 작기 때문에 세척제 및 탈착제가 토양 속으로 주입되거나 추출되는 데 한계가 있다. 미생물정화의 경우에도 오염지역 내로 영양소를 주입하는 데 어려움이 있다.
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